高中化学选修四 氯碱工业

高中化学选修四电解原理及其应用氯碱工业第一课时氯碱工业反应原理和粗盐的精制第二课时以氯碱工业为基础的化工生产第一课时一、电解饱和食盐水反应原理实验装置如右图：实验步骤：1．按装置图安装好仪器。

2．向U型管中注人饱和食盐水，接通电源。

3．向阴阳两极滴加几滴酚酞溶液，把湿润的淀粉碘化钾试纸分别放在阴阳两极试管口上方。

电解池两极上各有什么现象产生1．两极均产生气体2．阴极区附近溶液出现红色，有碱生成3．阳极淀粉碘化钾试纸变蓝，气体有刺激性气味，应是Cl2在阴极：由于2H+＋2e-= H2↑，H+不断被消耗，促进H2O H+＋OH-向右移动，破坏了水的电离平衡，c(OH-)相对的增大了，因此，在阴极附近形成了氢氧化钠溶液。

总反应离子方程式：2Cl－+ 2H2O =2OH－+ H2↑ + Cl2↑2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H2↑ + Cl2↑上述装置的缺点：1.H2和Cl2混合不安全2.Cl2会和NaOH反应，会使得到的NaOH不纯二、离子交换膜法制烧碱1，生产设备名称：离子交换膜电解槽阳极：金属钛网(涂钛钌氧化物)阴极：碳钢网(有镍涂层)阳离子交换膜：只允许阳离子通过，把电解槽隔成阴极室和阳极室。

2．离子交换膜的作用：(1)将电解槽隔成阴极室和阳极室，它只允许阳离子(Na+) 通过，而阻止阴离子（Cl－、OH－）和气体通过。

(2)防止氯气和氢气混合而引起爆炸。

(3)避免氯气与氢氧化钠反应生成次氯酸钠影响氢氧化钠的产量。

3．生产流程氯碱工业的原料是饱和食盐水，由于粗盐中含有泥沙、Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-杂质，会在碱性溶液中形成沉淀，损坏离子交换膜，所以必须要对粗盐水进行净化。

如何净化盐水1．用什么方法除去泥沙2．用什么试剂除去Ca2+、Mg2+、Fe3+、SO42-3．所用试剂只有过量才能除净这些杂质，你能设计一个合理的顺序逐一除杂4．精制食盐水步骤及原理如下：(所加试剂必须过量，过量试剂必须除去，步骤必须最简单)①过滤以除去泥沙②加入稍过量的BaCl2溶液以除去SO42-：SO42- + Ba2+ = BaSO4↓③加入稍过量的Na2CO3溶液以除去Ca2+和Ba2+：CO32- + Ca2+ = CaCO3↓；CO32- + Ba2+ = BaCO3↓④加入稍过量的NaOH溶液以除去Mg2+、Fe3+：Mg2+＋2OH-＝Mg(OH)2↓；Fe3+＋3OH-＝Fe(OH)3↓⑤过滤以除去上述产生的沉淀。

⑥这样处理后的盐水仍含有一些Ca2+、Mg2+等金属离子，必须用离子交换树脂除去。

氯碱工业一．选择题（共18小题）1．下列有关工业生产的叙述正确的是（）A．合成氨生产中将NH3液化分离，可加快正反应速率，提高N2、H2的转化率B．联合制碱法是将二氧化碳和氨气通入饱和氯化钠溶液中，制得碳酸氢钠，再在高温下灼烧，转化为碳酸钠C．硫酸工业中，在接触室安装热交换器是利用SO3转化为H2SO4时放出的热量D．电解饱和食盐水制烧碱采用离子交换膜，可防止阳极室产生的H2进入阴极室2．饱和食盐水中加入碳酸氢铵可制备小苏打，滤出小苏打后，向母液中通入氨，再冷却、加食盐，过滤，得到氯化铵固体．下列分析错误的是（）A．该制备小苏打的方程式为：NaCl+NH4HCO3→NaHCO3↓+NH4ClB．母液中通入的氨气与HCO3﹣反应：NH3+HCO3﹣→CO32﹣+NH4+C．加食盐是为增大溶液中Cl﹣的浓度D．由题可知温度较低时，氯化铵的溶解度比氯化钠的大3．NaCI是一种化工原料，可以制备一系列物质（如图所示），下列说法正确的是（）A．常温干燥的Cl2能用钢瓶储存，所以Cl2不与铁反应B．工业上利用澄清石灰水与Cl2反应来制漂白粉C．往NaCl溶液中先通足量氨气后，再通入足量CO2才可能析出NaHCO3D．电解含酚酞的NaCl溶液，由于OH﹣往阳极移动，故阳极先变红4．下列关于工业生产的说法正确的是（）A．在侯氏制碱工业中，向饱和氯化钠溶液中先通二氧化碳，后通氨气B．在硫酸工业、合成氨工业、硝酸工业中，皆采用循环操作提高原料利用率 C．在氯碱工业，电解槽一般用铁网作电极D．合成氨工业用天然气造气的方法中，与水蒸汽高温反应优于热分解法5．下列化学工业中，未涉及原料循环使用的是（）A．侯德榜制碱法 B．索尔维制碱法C．工业电解饱和食盐水 D．工业炼铁6．化学与人们的生产、生活息息相关．下列有关说法正确的是（） A．氯碱工业是利用电解原理来生产氯气和纯碱B．农业生产中可将氮肥硫酸铵与钾肥碳酸钾混合使用C．区分食盐是否加碘的方法是观察食盐是否略显紫色D．可用点燃的方法鉴别衣物是否为丝织品、毛织品7．下列关于化工生产原理的叙述中，符合目前工业生产实际的是（） A．氯碱工业中，离子交换膜的作用是防止离子运动B．硫酸、硝酸、合成氨均使用了催化剂C．石油裂化的主要目的是得到更多的乙烯、丙烯等气态短链烃D．氯气和氢气混合在光照条件下生成氯化氢，用水吸收得到盐酸8．下列有关说法中正确的是（）A．自来水厂可用明矾对水进行消毒杀菌B．氯碱工业中，NaOH是在阴极室中产生的C．电解法精炼铜时，粗铜接电源的负极D．实验室盛放Na2CO3、Na2SiO3等溶液的试剂瓶应用玻璃塞9．下列化学工业原理对应不正确的是（）化工氯碱工业高炉炼铁铜的精炼生产漂白粉原理 2H2O+2NaCl H2↑+Cl2↑+2NaOH 3CO+Fe2O32Fe+3CO2阴极：Cu﹣2e﹣═Cu2+ 2Ca（OH）2+2Cl2═CaCl2+Ca（ClO）2+2H2OA B C DA． A B． B C． C D． D10．下列说法不正确的是（）A．使用分光光度计，可以换算得到某溶液的浓度B．氯碱工业：用离子交换膜电解槽电解时，往阳极室注入经过精制的 NaCl溶液，往阴极室注入稀氢氧化钠溶液（或去离子水）C．“冰，水为之，而寒于水”说明相同质量的水和冰，水的能量高D． 1fs（飞秒）=10﹣12s（秒）11．下列关于烧碱的制备、性质及其应用的表述错误的是（）A．电解饱和食盐水制烧碱的离子方程式为：2Cl﹣+2H2O2OH﹣+H2↑+Cl2↑B． 1807年英国科学家戴维通过电解熔融烧碱在阴极获得金属钠C．向石灰乳中加入纯碱是工业上制备烧碱的方法之一D．不慎将酸沾到皮肤上，要立即用大量水冲洗，然后涂上烧碱溶液12．下列工业生产的说法错误的是（）A．氯碱工业中隔离两电极的材料是阳离子交换膜，因此该生产方法又称“阳离子交换膜法” B．生产普通玻璃的主要原料及设备：石灰石、石英、纯碱及玻璃熔炉C．由于常压下SO2转化为SO3的转化率很高，所以SO2接触氧化时不采用高压的反应条件D．合成氨的反应是放热反应，因此工业合成常采用低温条件13．氯化钠是一种重要的生活、生产必需品．下列表述中正确的是（） A． NaCl的电子式为B． NaCl的水溶液是强电解质更多资料：4008782223C．23Na37Cl中质子数和中子数之比是8：7D．电解熔融氯化钠可得到氯气和金属钠14．下面物质中，不是氯碱工业的直接产品的是（）A．碳酸钠 B．氢氧化钠 C．氢气 D．氯气15．下列有关工业生产的叙述正确的是（）A．氯碱工业中，阳极发生的反应是：4OH﹣﹣4e﹣→2H2O+O2↑B．硫酸工业中，在接触室安装热交换器是为了利用SO3转化为H2S04时放出的热量C．合成氨生产过程中将NH3液化分离，提高N2、H2的转化率D．高炉中的主要反应是高温下焦炭和铁的氧化物直接作用炼出生铁16．下列关于工业生产说法正确的是（）A．氯碱工业中的阳离子交换膜阻止阳离子通过B．在硫酸工业、合成氨工业、硝酸工业中，均必须对尾气进行吸收处理C．工业上均用电解熔融氧化物的方法制金属镁和铝D．在侯氏制碱工业中，向饱和氯化钠溶液中先通氨气，后通二氧化碳17．下列关于化工生产原理的叙述中，均符合目前工业生产实际的是（） A．氯碱工业中，氢氧化钠在电解槽的阴极区产生B．氯气和氢气混合在光照条件下生成氯化氢，用水吸收得到盐酸C．合成氨工业中，利用氨易液化，分离出N2、H2循环使用，总体上提高了氨的产率D．二氧化硫在接触室被氧化成三氧化硫，三氧化硫在吸收塔内被水吸收制成浓硫酸18．属于联合制碱法优点的是（）A．氨和二氧化碳由合成氨厂提供B．母液可回收氯化铵C．氯化钠的利用率达96%以上D．以上全是二．填空题（共5小题）19．氯碱工业是最基本的化学工业之一，离子膜电解法为目前普遍使用的生产方法，其生产流程如图1所示：（1）该流程中可以循环的物质是．电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有Ca2+、Mg2+、SO42﹣等无机杂质，所以在进入电解槽前需要进行两次精制，写出一次精制中发生的离子方程式，若食盐水不经过二次精制就直接进入离子膜电解槽会产生什么后果．（3）图2是工业上电解饱和食盐水的离子交换膜电解槽示意图（阳极用金属钛网制成，阴极由碳钢网制成）．则B处产生的气体是，E电极的名称是．电解总反应的离子方程式为．（4）从阳极槽出来的淡盐水中，往往含有少量的溶解氯，需要加入8%～9%的亚硫酸钠溶液将其彻底除去，该反应的化学方程式为．（5）已知在电解槽中，每小时通过1安培的直流电可以产生1.492g的烧碱，某工厂用300个电解槽串联生产8小时，制得32%的烧碱溶液（密度为1.342吨/m3）113m3，电解槽的电流强度1.45×104A，该电解槽的电解效率为更多资料：4008782223 ．20．纯碱是重要的化工厂产品，可用来制玻璃，制皂，造纸，纺织，印染等．其合成及其他综合利用过程如下图所示：（1）图中制取的原料气体是．原料气中的一种气体源于碳氢化合物和水．请写出甲烷和水在催化剂和高温条件下反应的方程式：．工业生产中，设备A中发生的化学反应方程式是，母液中可提取的副产品是化学方程式是．（3）尿素[CO（NH2）2]适用于各种土壤，在土壤中尿素发生水解，生成两种气体，其水解的化学方程式是．（4）纯碱的水溶液可用来洗涤油污，理由是（结合相关离子方程式解释）．（5）上述流程中，可循环使用的物质是．（6）图中所示工业制法获得的纯碱中常含有NaCl杂质，用下述方法可以测定样品NaCl的质量分数．样品W克溶液沉淀固体m克样品中NaCl质量分数的表达式为．21．工业上用电解饱和NaCl溶液的方法来制取NaOH、H2和Cl2，并以它们为原料生产一系列化工产品，称为氯碱工业．（1）氯碱厂的盐酸车间可用氯气、氢气为原料进行生产，试写出其化合的化学方程式．氯碱工业是高耗能产业，一种将电解池与燃料电池相组合的新工艺可以节（电）能30%以上，其相关物料的传输与转化关系如下图所示，其中的电极未标出，所用的离子膜都只允许阳离子通过．①图中X、Y分别是、，分析比较图示中氢氧化钠质量分数a%与b%的大小；②分别写出燃料电池B中的电极反应，正极：；负极：．22．氯碱厂电解饱和食盐水制取NaOH的工艺流程示意图如图：依据如图，完成下列填空：（1）在电解过程中，与电源正极相连的电极上发生的反应为．与电源负极相连的电极附近溶液c（OH﹣）（填“不变”、“升高”或“下降”）如果粗盐中SO42﹣含量较高，必须添加钡试剂除去SO42﹣，该钡试剂可以是（填字母）．a．Ba（OH）2b．Ba（NO3）2c．BaCl2（3）为有效除去Ca2+、Mg2+、SO42﹣，加入试剂的合理顺序为（填字母）．a．先加NaOH，后加Na2CO3，再加钡试剂，最后加盐酸调pH至溶液呈中性b．先加NaOH，后加钡试剂，再加Na2CO3，最后加盐酸调pH至溶液呈中性c．先加钡试剂，后加NaOH，再加Na2CO3，最后加盐酸调pH至溶液呈中性（4）脱盐工序中利用NaOH和NaCl在溶解度上的差异，通过、冷却、（填写操作名称）除去NaCl．（5）在隔膜法电解食盐水时，电解槽分隔为阳极区和阴极区，防止Cl2与NaOH反应；采用无隔膜电解冷的食盐水时，Cl2与NaOH充分接触，产物仅是NaClO和H2，相应的化学方程式为．23．化工中把电解饱和食盐水的工业生产叫氯碱工业，其生产流程如下：（1）除去食盐水中的Ca2+、Mg2+、SO42﹣，应分别加入下列沉淀剂：①NaOH（aq）、②Na2CO3（aq）、③BaCl2（aq），加入沉淀剂的顺序为（填序号）；加入盐酸的作用为．如图为实验室电解饱和食盐水的实验装置．X、Y均为石墨电极，两极周围溶液均滴有几滴酚酞试液．①电解一段时间后，X电极及附近溶液能观察到的现象是；Y电极上的电极反应式为，检验该极产生的气体的方法是．②电解饱和食盐水的离子方程式为；若饱和食盐水体积为200mL，且忽略电解过程中的体积变化及气体溶解，当两极共收集到气体（共两种）44.8mL（标准状况）时，溶液的pH= ．三．解答题（共5小题）24．侯氏制碱法的生产流程可表示如下，请回答下列问题：（1）沉淀池中加入（或通入）有关物质的顺序为→→写出上述流程中X、Y的化学式：X Y（3）写出沉淀池中发生的化学反应方程式（4）侯氏制碱法的生产流程中可以循环使用的物质主要为、（5）从沉淀池中取出沉淀的操作是，为了进一步提纯NaHCO3晶体，可采用法（6）若在煅烧炉中燃烧的时间较短，NaHCO3将化解不完全．现若取10.5g NaHCO3固体，加热一定时间后，剩余固体的质量为7.1g，如果把此剩余固体全部加入到200mL 1mol/L的盐酸中，充分反应后溶液中H+的物质的量浓度为mol/L（溶液体积变化忽略不计更多资料：4008782223）25．1862年，比利时化学家索尔维发明了氨碱法制碱，1926年，我国化学家都创立了要为先进的侯德邦制碱法，也叫联合制碱法，两种制碱的生产流程可需要表示如图1：（1）向沉淀池中通入CO2和氮气时，应先通入氮气的原因是；沉淀池中发生反应的化学反应方程式是；（3）氨碱法生产流程示意图的Y是，从原料到产品，氨碱法总反应过程用化学方程式表示，可写为；（4）联合制碱法中从滤液中提取氯化铵晶体的过程推测，所得结论正确的是（选填编号）A．常温时氯化铵的溶解度比氯化钠小B．通入氨气能增大NH4+的浓度，使氯化铵更多析出C．加入食盐细粉能提高Na+的浓度，使NaHCO3结晶析出D．通入氨气能使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度（5）联合剂碱法相比于氨碱法，氯化钠利用率从70%提高到90%以上，主要是设计了循环I．联合制碱法的另一项优点是．（6）从沉淀地析出的晶体含有NaCl杂质，某同学在测定其NaHCO3的含量时，称取5.000g试样，配制成100mL溶液，用标准盐酸溶液确定（用甲基酸提示剂），测定值记录如下：滴定次数待测液（mL） 0.6000mol/L盐酸溶液的体积（mL）初读数终读数第一次 20.00 1.00 21.00第二次 20.00 如图2Ⅰ 如图2Ⅱ①第二次滴定，从图Ⅰ图Ⅱ显示消耗的盐酸溶液体积为；②该实验测定NaHCO3含量的计算式为ω（NaHCO3）= ．26．技术的发展与创新永无止境，我国化工专家侯德榜改革国外路布兰、索尔维的纯碱生产工艺，使生产纯碱的成本明显降低．生产流程可简要表示如下图：（1）向沉淀池中要通入CO2和氨气，应先通入（填化学式）．沉淀池中发生反应的化学方程式，煅烧炉中发生反应的化学方程式是．（3）向母液中通氨气后再加入细小食盐颗粒，冷却析出的副产品是，加入细小食盐颗粒的作用是．（4）写出路布兰制碱法的反应原理中属于氧化还原反应的化学方程式，该法与侯德榜制碱法相比的缺点是（写出两点即可）（5）候氏制碱法制得的纯碱中含有碳酸氢钠杂质．现用沉淀法测定纯碱的纯度，取m1g样品，加水溶解，再加过量的CaCl2溶液，充分反应后，过滤、洗涤、干燥后称得沉淀的质量为m2g．则此样品中的纯度表达式为：．27．氯碱工业是基础化学工业，其产品广泛用于化工、冶金、造纸、纺织、石油等工业．（1）电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有Ca2+、Mg2+、SO42﹣等杂质，所以在进入电解槽前需要进行精制，通常可以选用Na2CO3、NaOH、BaCl2作为除杂质的试剂，则加入三种试剂的先后顺序为；加入Na2CO3后所发生反应的离子方程式为；若食盐水不经过精制就直接进入离子膜电解槽，可能出现的后果是．如图是工业上电解饱和食盐水的离子交换膜电解槽示意图（阳极用金属钛网制成，阴极用碳钢网制成），则B处产生气体的化学式为，C电极的名称是，电解总反应的化学方程式为；（3）从阳极槽出来的淡盐水往往含有少量的溶解氯，需要加入8%﹣9%的亚硫酸氢钠溶液将其彻底除去，该反应的离子方程式为；（4）已知在电解槽中，每小时通过1A的直流电理论上可以产生1.492g的烧碱，某工厂用300个电解槽串联生产8小时，制得32%的烧碱溶液（密度为1.342t/m3）113m3，电解槽的电流强度为1.45×104A，则该电解槽的电解效率η（NaOH）= ．[提示：η=（产品的实际产量/产品的理论产量）×100%]．28．氯碱工业是最基本的化学工业之一，离子膜电解法为目前普遍使用的生产方法，其生产流程如图1所示：（1）该流程中可以循环的物质是．电解法制碱的主要原料是饱和食盐水，由于粗盐水中含有Ca2+、Mg2+、SO42﹣等无机杂质，所以在进入电解槽前需要进行两次精制，写出一次精制中发生的离子方程式、，若食盐水不经过二次精制，仍会有少量的Ca2+、Mg2+直接进入离子膜电解槽，这样产生什么后果是．（3）图2是工业上电解饱和食盐水的离子交换膜电解槽示意图（阳极用金属钛网制成，阴极由碳钢网制成）．则B处产生的气体是，E电极的名称是极．电解总反应的离子方程式为．（4）从阳极槽出来的淡盐水中，往往含有少量的溶解氯，需要加入8%～9%的亚硫酸钠溶液将其彻底除去，该反应的化学方程式为．（5）已知在电解槽中，每小时通过1安培的直流电理论上可以产生1.492g的烧碱，某工厂用300个电解槽串联生产8小时，制得32%的烧碱溶液（密度为1.342吨/m3）113m3，电解槽的电流强度1.45×104A，该电解槽的电解效率为．2K：氯碱工业参考答案一．选择题（共18小题）1．B 2．D 3．C 4．BD 5．D 6．D 7．B 8．B 9．C 10．D 11．D 12．D 13．D 14．A 15．C 16．D 17．AC 18．D二．填空题（共5小题）19．氯化钠、氢氧化钠Ca2++CO32-=CaCO3↓、Mg2++2OH-=Mg（OH）2↓，用试剂处理后的盐水中还含有少量Mg2+、Ca2+，碱性条件下会生成沉淀，损害离子交换膜H2阳极2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-Na2SO3+Cl2+H2O=Na2SO4+2HCl93.46% 20．N2、H2CH4+2H2O CO2+4H2或CH4+H2O CO+3H2NH3+CO2+H2O+NaCl=NH4Cl+NaHCO3↓NH4ClCO（NH2）2+H2O=2NH3↑+CO2↑CO32-+H2OHCO3-+OH-，溶液显碱性，促进油脂的水解N2、H2、CO2、NaHCO3（1-）×100%21．H2+Cl22HClCl2H2b%＞a%O2+2H2O+4e-=4OH-2H2+4OH--4e-=4H2O 22．2Cl--2e-=Cl2↑变大acbc蒸发过滤NaCl+H2O NaClO+H2↑23．①③②（或③①②或③②①）除去过量的OH-和CO32-（或NaOH和Na2CO3）X电极上有气泡产生，附近溶液逐渐变红色2Cl--2e-═Cl2↑用湿润的淀粉KI试纸检验，若试纸变蓝，证明该极产生Cl2（合理答案均给分）2Cl-+2H2O H2↑+Cl2↑+2OH-12三．解答题（共5小题）24．饱和食盐水NH3CO2CO2NH4ClNaCl+NH3+CO2+H2O=NH4Cl+NaHCO3↓CO2NaCl过滤重结晶0.375mol/L 25．二氧化碳溶解度小，氨气易溶于水，先通入氨气有利于二氧化碳的吸收NH3+CO2+NaCl+H2O═NaHCO3↓+NH4ClNH3CaCO3+2NaCl═Na2CO3+CaCl2BD避免产生大量的含有CaCl2的溶液，或节省石灰窑、蒸氨塔等设备20.20ml×100% 26．NH3NH3+CO2+NaCl+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+CO2↑+H2ONH4Cl增大Cl-浓度，使NH4Cl更多析出Na2SO4+2C Na2S+2CO2↑生产时需要高温、硫酸对设备腐蚀严重、CaS废弃物长期堆积臭气四溢、成本较高% 27．NaOH、BaCl2、Na2CO3或者BaCl2、NaOH、Na2CO3CO32-+Ca2+=CaCO3↓、CO32-+Ba2+=BaCO3↓粗盐水中含有钙离子、镁离子，在碱性环境下生成沉淀，堵塞损坏离子交换膜H2阳极2NaCl+2H2O Cl2↑+H2↑+2NaOHHSO3-+Cl2+H2O=SO42-+3H++2Cl-93.46% 28．氯化钠、氢氧化钠（或NaCl、NaOH）Ca2++CO32-=CaCO3↓Mg2++2OH-=Mg（OH）2↓少量Mg2+、Ca2+在电解碱性条件下会生成沉淀，损害离子交换膜H2阳2Cl-+2H2O Cl2↑+H2↑+2OH-Na2SO3+Cl2+H2O=Na2SO4+2HCl93.46%。